详情

原文传递车用燃料煤基二甲醚的生命周期能源消耗、环境排放与经济性研究

论文题名：	车用燃料煤基二甲醚的生命周期能源消耗、环境排放与经济性研究
关键词：	车用燃料;煤基二甲醚;二甲醚发动机;环境排放;经济成本;生命周期分析;煤炭清洁利用
摘要：	我国能源结构呈现明显的“贫油、少气、富煤”特点，正面临着日益增长的车用燃料需求所带来的能源、环境与经济方面的严峻挑战，发展煤基车用替代燃料将成为我国缓解油品紧缺、实现煤炭清洁利用的关键方向之一。在传统柴油的煤基替代燃料当中，二甲醚特点突出，不但能够大幅降低有害排放，而且能够真正起到“以煤代油”的作用。本文系统回顾二甲醚的制备方法，二甲醚发动机与车辆技术的研究开发进展，运用生命周期评价原理，建立了适合我国国情的煤基二甲醚全生命周期一次能源消耗与环境排放分析模型，以二甲醚公交客车为功能单位，运用发动机台架试验研究结合整车测试循环仿真，获得了该功能单位的燃料消耗与环境排放因子，得到了车用燃料煤基二甲醚路线的全生命周期一次能源消耗、VOC、CO、NO<,x>、PM<,10>、SO<,2>(标准排放物)与温室气体排放数量，评估了电力结构改变与温室气体减排技术的效果，分析了规模应用对我国能源结构的影响，并将煤基二甲醚路线与传统柴油和煤制柴油路线进行了对比，最后分析了煤基二甲醚的经济性。在功能单位方面，本文提出通过发动机台架试验研究结合整车测试循环仿真来获得车辆的燃料消耗与排放因子。结果发现，与目前技术水平的柴油机相比，二甲醚发动机可实现全工况无烟燃烧，各项排放指标全面达到EuroⅢ排放法规的要求。城市交通背景下，二甲醚公交客车的燃料消耗比传统柴油车降低3.3％，VOC、CO、NO<,x>、PM<,10>、SO<,2>和CO<,2>排放比传统柴油车依次减少86.3％、73.7％、19.5％、64.0％、100.0％和10.1％，这对于缓解目益严峻的城市大气污染意义重大。与传统柴油路线相比，煤基二甲醚路线的优势不仅体现在车辆使用阶段的燃料消耗、标准排放物与温室气体排放方面，也体现在全生命周期的原油消耗和标准排放物方面。从能源消耗结构来看，煤基二甲醚路线的全生命周期原油消耗下降为传统柴油路线的2.4％。由于我国对进口原油的依存度已超过40％，而煤炭产能较强，所以煤基二甲醚的规模应用，不但能够起到“以煤代油”的作用，而且不会对国内能源生产形成明显压力，有利于我国能源安全问题的逐步解决。从环境排放角度来看，煤基二甲醚路线的环境排放向上游阶段的固定源集中，全生命周期VOC、CO、NO<,x>、PM<,10>、SO<,2>排放均比传统柴油路线明显减少；伴生的温室气体可以通过煤层气发电与CO<,2>深埋技术加以解决，这两项技术的综合应用可以使煤基二甲醚路线的全生命周期温室气体排放降低到与传统柴油路线相当的水平，而且不会增加过多的能源消耗，是较为有效的解决方案。此外，降低煤炭发电比例有利于减少一次能源消耗与温室气体排放，并且采用此方法对煤基二甲醚路线的效果比传统柴油路线更加明显。与煤制柴油路线相比，在使用温室气体减排技术前，煤基二甲醚路线的一次能源消耗比煤制柴油路线低17.1％，温室气体排放少27.3％；在应用煤层气发电和CO<,2>深埋这两种温室气体减排技术后，煤基二甲醚路线的温室气体排放仍然比煤制柴油路线低4.7％，而且一次能源消耗比煤制柴油路线降低19.5％。所以为代替传统柴油，煤基二甲醚路线比煤制柴油路线在能源利用与环境排放方面具有较为明显的优势。经济性分析表明，若能建立以煤炭开采为始点的一体化产业链，所生产的二甲醚将可以在价格上与传统柴油展开竞争，项目的财务内部收益率达到了17.1％，盈利能力超过了行业基准，产品成本与项目收益对煤炭和电力的价格较为敏感，而燃油税政策的实施将有力加强煤基二甲醚的竞争力。综上，车用燃料煤基二甲醚的全生命周期分析表明，煤基二甲醚不但能够改善城市大气污染状况，而且能够显著减少石油消耗，所具备的优势和潜力是值得肯定与期待的，应制定各种政策措施大力扶持。
作者：	张亮
专业：	动力机械及工程
导师：	黄震
授予学位：	博士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文